Как я делаю цифровую минигитару. Часть 2

Прошло 4 месяца с написания предыдущей статьи ^[1], за это время произошло довольно много нового как по технической части, так и по позиционированию девайса.

Напомню какие требования к девайсу я поставил, когда начинал разработку:

• Устройство должно имитировать гитару с 6-ю струнами и 12-ю ладами на грифе

• Должно быть компактным, в идеале складным, чтобы можно было брать его с собой куда угодно

• Должно подключаться ко всем популярным осям — Android, IOS, Windows, Linux, MacOS и определяться там как MIDI устройство без каких-либо драйверов

• Работа от аккумулятора

• Подключение должно производиться без проводов по Bluetooth Low Energy (но раз уж там будет USB разъем для зарядки, то и по проводу пусть тоже подключается)

• Возможность сразу начать играть, без необходимости в долгих тренировках по адаптации кистевых связок

• На каждой струне и каждом элементе грифа должно быть по светодиоду, чтобы можно было запустить табулатуру мелодии, и гитара сама показывала куда нужно прикладывать руки

• Возможность использования основных техник игры на гитаре: hummer on, pull off, slide, vibrato

• Задержка передачи midi команд не более 10мс

• Все должно собираться из подручных материалов без сложных техпроцессов и дорогой электроники

Реализовать мне все это удалось, и даже больше. Был дополнительно интегрирован акселерометр для управления параметрами фильтрации звука наклоном гитары и вибромотор (правда, я до сих пор не придумал зачем).

На момент написания предыдущей статьи выглядело оно так:

Было принято решение пытаться делать стартап и выходить на кикстартер.

Итак, что было дальше?

Следующим шагом стал стандартный этап поиска pre-seed раунда инвестирования. Деньги нужны были на доработку и изготовление нового прототипа, проведения пиар кампании и оплату юридических манипуляций (для участия на кикстартере необходимо юр. лицо в США со всеми вытекающими организационными тратами). Эту задачу нам с моим партнером, отвечающим за бизнес процессы, удалось решить за 2 месяца.

Позиционирование

Для подтверждения полезности продукта и его функционала мы решили провести встречи со всеми Питерскими и Московскими музыкантами, с которыми смогли связаться, и заодно поснимать видеороликов для соц сетей.

Профессиональные гитаристы отнеслись к девайсу ожидаемо скептически. И я их полностью понимаю, это не замена настоящей полноценной гитаре. Это девайс для применений, в которых важны портативность, универсальность, простота, возможность играть в наушниках и т.д. Сидишь, например, в самолете, вокруг шум, суета, плачущие дети, кислородные маски выпадают. Спать невозможно. И тут внезапно наступает вдохновение, достаешь девайс, надеваешь наушники и записываешь новый трек.

Широкой публикой гитара была оценена очень позитивно не смотря на пока что ограниченный функционал и большие конструктивные неудобства. Девайс оказался настолько интересным, что даже популярный в рунете блогер Ваганыч снял на него обзор.

По результатам общения мы открыли для себя новую целевую аудиторию - саунд дизайнеры, мьюзик мейкеры - люди, которые пишут цифровую музыку. Оказалось, у них есть большие сложности с записью гитарных и других струнных партий на миди клавиатурах.  Это очень сложно, долго, муторно настолько, что зачастую им приходится отказываться от струнных инструментов, органичивая свое творчество. Наш девайс они восприняли с максимальным энтузиазмом, пророча ему большую популярность.

Конкуренты

Есть на этом рынке и конкуренты. Мы купили по экземпляру каждого для оценки.

1. Artiphon - панель, чувствительная к нажатию, по форме напоминает гитару, но позиционируется скорее как настольная клавиатура.

Интересная, но дорогая штука. В целом, работает неплохо, можно извлекать разнообразные звуки. Имеет встроенные динамики, но лучше их не включать. Подключается только по USB.

2. Jammy - гитарный форм-фактор, состоит из разъединяющихся элементов с реальными струнами. Датчики независимо отслеживают удары по струнам на деке и прикосновение струны к ладу на грифе. Знакомым гитаристам не удалось сыграть на ней что-то внятное - ноты то не извлекались, то извлекались по нескольку раз. Возможно, требуется длительное привыкание. На реальных роликах в интернете также не удалось найти полноценной гитарной игры, в основном это игра медленным перебором по отдельным струнам.

3. Jamtik - игрушка с 7-ю ладами на батарейках. Сыграть на ней не удалось даже «В траве сидел кузнечик».

Анализ конкурентов добавил нам оптимизма. Ни один из этих девайсов не позволяет играть реальные быстрые гитарные партии, не имеет обучающей подсветки.

Теперь самое интересное – новый прототип

На основе испытаний старого прототипа, конкурентов и личных предпочтений, я решил расширить функционал девайса и добавить несколько пунктов к требованиям:

• Конечно, RGB подсветка

• Подвижные струны на деке с детектированием как касания, так и величины отклонения при извлечении ноты. Это позволит избавиться от проблемы задевания пальцами соседних струн и расширит возможности игры за счет поддержки velocity (разные параметры нарастания звука и громкости ноты) и глушения струн прикосновениями как в настоящей гитаре

• Детектирование силы нажатия на сенсоры грифа для реализации стандартных гитарных техник игры

• Встроенный синтезатор со встроенной библиотекой инструментов и разъем Jack 3.5мм для подключения наушников или внешних колонок. Встроенные динамики делать не стал – добиться хорошего звучания было бы слишком сложно и дорого

• Мобильное приложение со встроенным качественным синтезатором и функционалом обучения

• Пады с подсветкой для записи лупов

• Упоры на деке и удобного удержания сидя и стоя, крепления для ремешка

Корпус

Корпус получил множество изменений, особенно в узлах со струнами на деке и в механизме складывания. Сенсоры на грифе теперь покрыты матовыми рассеивателями и светятся всей поверхностью.

Основная задача - сделать девайс таким, чтобы был применим мануальный опыт игры на настоящей гитаре. Были проработаны расстояния между ладами, механика струн, геометрия деки и равесовка. Пока что это только рендеры корпуса, но изготовление прототипов уже идет полным ходом.

Электроника

Электронику пришлось разделить на 4 платы:

• Гриф

Адресные RGB светодиоды подключены последовательно к одной ноге STM-ки. Пришлось повозиться с двойной буферизацией и выводом данных через DMA 100 раз в секунду. Зато, теперь оно работает очень быстро и можно запускать цветные визуальные анимации на поверхности грифа.

• Плата с падами и подпружиненными контактами для соединения с грифом в разложенном состоянии гитары

• Основная плата со струнами, мозгами, силовой частью, радио частью, синтезатором и датчиками

Здесь происходит детектирование как прикосновения к струнам, так и величины их отклонения. Это решает проблему со случайными задеваниями соседней струны при игре и дает возможность глушить струны как на настоящей гитаре.

• Плата с разъемами USB type-C, Jack 3.5мм и тремя индикаторными светодиодами

Мобильное приложение

После выкладывания предыдущей статьи, мне написал мобильный разработчик Юрий Дубовой ^[2] с предложением помочь в разработке приложения под iOS.

Мы сформировали протокол общения гитары с приложением и разбили его на несколько интерфейсов:

• Midi команды, разумеется, по умолчанию передаются по стандартному BLE-Midi интерфейсу. Таким образом, к приложению при желании можно будет подключить и другие midi устройства, например, клавиатуру

• Опционально поддерживается прием midi команд и по проводному USB-Midi интерфейсу. Это будет полезно для старых телефонов без поддержки BLE, а также в случае необходимости сокращения задержки до минимума (порядка 5мс)

• Отдельный кастомный BLE сервис для передачи уникальных команд, связанных с управлением светодиодами, режимами работы девайса, синхронизацией состояния и т.д.

• Стандартный BLE battery service для передачи уровня заряда аккумулятора. Он поддерживается на уровне операционной системы и, в случае в виндой, даже отображается соответствующая иконка в панели устройств

Приложение разбито на несколько экранов, соответствующих разным режимам работы:

Свободная игра

В этом режиме пользователь выбирает один из инструментов (акустика, электрогитара, пианино, укулеле, барабаны, и т.д.) и просто играет как ему хочется. Есть возможность загружать свои инструменты в виде саундфонтов в формате «.sf2».

Игра по табулатурам

В этом режиме нужно выбрать мелодию из списка табулатур и запустить интерактивное воспроизведение, при котором на гитара светодиодами подсвечивается нужный аккорд и приложение ждет пока юзер его не сыграет и зажигает следующий. При этом происходит оценка правильности и скорости игры.

Обучение

Пока у нас нет даже прототипа этого режима, но предполагается интерактивное обучение нотной грамоте и гитарным основам в игровой форме с использованием светодиодов на девайсе.

Есть и другие интересные режимы, о которых я расскажу в следующей статье. Впереди еще очень много работы.

Теперь играть на ней можно тремя разными способами:

1. Подключение через BLE MIDI протокол к телефону или компу, где девайс распознается как миди устройство, и игра через внешние виртуальные синтезаторы (Ableton, FL studio, Garage Band и т.д. или наше приложение)

2. То же самое, но с подключением через USB MIDI (работает со всеми хостами, которые я проверял – Android, IOS, Windows, MacOS, Debian)

3. Игра внутренним синтезатором, с подключением наушников или внешней колонки напрямую в гитару. В этом случае звук будет не самым Hi-Fi, но вполне приемлемым для игры для себя

Интересно, что можно играть всеми тремя способами одновременно, может кому-то пригодится.

Завершение

После завершения изготовления корпуса и тестирования нового прототипа я планирую написать следующую статью, в которой будет больше технических подробностей. Если среди читателей Хабра есть люди, желающие поучаствовать в создании контента, поделиться предложениями или помочь с продвижением – пожалуйста, пишите мне. А также будем рады помощи с изготовлением корпуса и разработкой мобильного приложения.

Кому интересно следить за новостями проекта или оформить предзаказ – оставляйте почту в форме на сайте ^[3]и подписывайтесь на соцсети.

Спасибо за внимание! Буду рад обратной связи в комментариях.

Автор: Дмитрий Дударев

Источник ^[4]